“伺服”一詞(ci)源于希臘(la)語“奴隸”的意思(si)。“伺服電(dian)(dian)機”可以理解為(wei)絕對服從控制(zhi)信(xin)(xin)號(hao)(hao)指揮的電(dian)(dian)機：在控制(zhi)信(xin)(xin)號(hao)(hao)發(fa)(fa)出(chu)之(zhi)前，轉子(zi)靜止不(bu)動(dong)；當控制(zhi)信(xin)(xin)號(hao)(hao)發(fa)(fa)出(chu)時，轉子(zi)立即轉動(dong)；當控制(zhi)信(xin)(xin)號(hao)(hao)消失時，轉子(zi)能即時停轉。
伺服電(dian)機(ji)是自(zi)動控制裝置中被(bei)用作執(zhi)行元件的微特電(dian)機(ji)，其功能是將(jiang)電(dian)信號轉換成轉軸的角(jiao)位移或(huo)角(jiao)速度。
伺服電機分為交流伺服和直流伺服兩大類
交(jiao)流(liu)伺(si)(si)服電(dian)(dian)機的(de)(de)(de)基本構(gou)造與交(jiao)流(liu)感應電(dian)(dian)動(dong)機（異步電(dian)(dian)機）相似。在定子(zi)上有兩個相空間位(wei)移90°電(dian)(dian)角度(du)的(de)(de)(de)勵磁繞(rao)組Wf和控制(zhi)(zhi)繞(rao)組WcoWf，接恒(heng)定交(jiao)流(liu)電(dian)(dian)壓(ya)，利用施加(jia)到(dao)Wc上的(de)(de)(de)交(jiao)流(liu)電(dian)(dian)壓(ya)或相位(wei)的(de)(de)(de)變化，達到(dao)控制(zhi)(zhi)電(dian)(dian)機運行(xing)的(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)。交(jiao)流(liu)伺(si)(si)服電(dian)(dian)機具有運行(xing)穩(wen)定、可控性(xing)好、響應快速、靈敏度(du)高以(yi)及機械特(te)性(xing)和調節特(te)性(xing)的(de)(de)(de)非線性(xing)度(du)指標嚴(yan)格（要求(qiu)分別小于10％～15％和小于15％～25％）等(deng)特(te)點。
直流(liu)(liu)伺(si)服電(dian)(dian)機基本構造(zao)與(yu)一般(ban)直流(liu)(liu)電(dian)(dian)動機相似。電(dian)(dian)機轉速(su)n＝E／K1j＝（Ua－IaRa）／K1j，式中E為(wei)(wei)電(dian)(dian)樞(shu)(shu)反電(dian)(dian)動勢，K為(wei)(wei)常數(shu)，j為(wei)(wei)每(mei)極(ji)磁(ci)通(tong)，Ua、Ia為(wei)(wei)電(dian)(dian)樞(shu)(shu)電(dian)(dian)壓(ya)和電(dian)(dian)樞(shu)(shu)電(dian)(dian)流(liu)(liu)，Ra為(wei)(wei)電(dian)(dian)樞(shu)(shu)電(dian)(dian)阻，改變Ua或改變φ，均可控制直流(liu)(liu)伺(si)服電(dian)(dian)動機的(de)(de)轉速(su)，但一般(ban)采用控制電(dian)(dian)樞(shu)(shu)電(dian)(dian)壓(ya)的(de)(de)方法(fa)，在永(yong)磁(ci)式直流(liu)(liu)伺(si)服電(dian)(dian)動機中，勵磁(ci)繞(rao)組被(bei)永(yong)久磁(ci)鐵所(suo)取代(dai)，磁(ci)通(tong)φ恒定(ding)。直流(liu)(liu)伺(si)服電(dian)(dian)動機具有良好的(de)(de)線性調節特(te)性及快速(su)的(de)(de)時(shi)間響應(ying)。
直流伺服電機的優點和缺點
優點：速度控制精確，轉矩速度特性很硬，控制原理簡單，使用方便，價格便宜。
缺點：電(dian)刷(shua)換向，速(su)度限制，附加(jia)阻力，產生磨損(sun)微粒（無塵(chen)易(yi)爆環(huan)境不宜(yi)）
交流伺服電機的優點和缺點
優點：速度(du)控制(zhi)特(te)性良(liang)好，在整個速度(du)區(qu)(qu)內可實現平滑控制(zhi)，幾乎(hu)無振蕩，90%以上的高效率(lv)，發(fa)熱少，高速控制(zhi)，高精(jing)確度(du)位置控制(zhi)（取決(jue)于編(bian)碼器精(jing)度(du)），額定運行區(qu)(qu)域內，可實現恒力矩，慣量(liang)低，低噪音(yin)，無電刷(shua)磨損(sun)，免(mian)維(wei)護（適(shi)用于無塵、易(yi)爆環境）
缺點：控(kong)制較復(fu)雜，驅動器參(can)(can)數需(xu)要(yao)(yao)現(xian)場調(diao)整PID參(can)(can)數確定，需(xu)要(yao)(yao)更多的(de)連線。
直流(liu)伺服電機(ji)分為(wei)有刷和(he)無(wu)刷電機(ji)。
有(you)刷(shua)電機(ji)成本(ben)低，結構(gou)簡(jian)單(dan)，啟動轉矩大，調速(su)范圍寬，控制容易，需要(yao)維護，但維護方便（換碳(tan)刷(shua)），產生(sheng)電磁干擾(rao)，對使用環境有(you)要(yao)求，通常(chang)用于(yu)對成本(ben)敏感的普通工業和民用場(chang)合。
無刷電(dian)機(ji)體積小(xiao)(xiao)重量輕，出力(li)大響應(ying)快，速度高慣量小(xiao)(xiao)，力(li)矩穩定轉動平滑，控制復雜，智能化，電(dian)子換相方(fang)式(shi)靈活，可以方(fang)波(bo)或正弦(xian)波(bo)換相，電(dian)機(ji)免維護，高效節(jie)能，電(dian)磁(ci)輻射(she)小(xiao)(xiao)，溫升低壽命長，適用于各種(zhong)環境。
交流伺服電(dian)(dian)機(ji)也是無刷電(dian)(dian)機(ji)，分(fen)為同步和異(yi)步電(dian)(dian)機(ji)，目前(qian)運(yun)動控制中(zhong)一般都(dou)用同步電(dian)(dian)機(ji)，其功(gong)率(lv)范(fan)圍大(da)(da)，功(gong)率(lv)可以做到很大(da)(da)，大(da)(da)慣(guan)量，最高(gao)轉(zhuan)速低，轉(zhuan)速隨功(gong)率(lv)增大(da)(da)而勻速下降，適用于低速平(ping)穩運(yun)行場合
伺(si)服(fu)電(dian)(dian)機內部的(de)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)是(shi)永(yong)磁(ci)鐵，驅動(dong)(dong)器控制U/V/W三相電(dian)(dian)形成電(dian)(dian)磁(ci)場，轉(zhuan)(zhuan)子(zi)在此磁(ci)場的(de)作用下轉(zhuan)(zhuan)動(dong)(dong)，同時電(dian)(dian)機自帶的(de)編(bian)碼(ma)器將反(fan)饋(kui)信號(hao)傳(chuan)給驅動(dong)(dong)器，對反(fan)饋(kui)值與目(mu)標(biao)值進行比(bi)較，從而調整轉(zhuan)(zhuan)子(zi)轉(zhuan)(zhuan)動(dong)(dong)的(de)角度(du)，伺(si)服(fu)電(dian)(dian)機的(de)精度(du)決定于編(bian)碼(ma)器的(de)精度(du)（線數）。
交流伺(si)服電(dian)機(ji)和無(wu)刷(shua)直流伺(si)服電(dian)機(ji)在性能上有什么區(qu)別？
答：交流伺服(fu)電機的性能(neng)要好一些，因(yin)為交流伺服(fu)是正(zheng)弦波控(kong)制(zhi)，轉(zhuan)矩(ju)脈動(dong)小；而無刷(shua)直流伺服(fu)是梯形波控(kong)制(zhi)。但無刷(shua)直流伺服(fu)實現控(kong)制(zhi)比較(jiao)簡單，便宜。
永(yong)磁交(jiao)流伺(si)(si)服(fu)(fu)驅(qu)動(dong)(dong)技術(shu)(shu)的(de)迅猛發(fa)(fa)(fa)展使(shi)(shi)直(zhi)流伺(si)(si)服(fu)(fu)系(xi)統(tong)面臨(lin)被淘(tao)汰的(de)危(wei)(wei)機(ji)［/p］［p=30， 2， left］20世紀80年(nian)代以來(lai)，隨著(zhu)集成電路、電力電子技術(shu)(shu)和交(jiao)流可變(bian)速驅(qu)動(dong)(dong)技術(shu)(shu)的(de)發(fa)(fa)(fa)展，永(yong)磁交(jiao)流伺(si)(si)服(fu)(fu)驅(qu)動(dong)(dong)技術(shu)(shu)有了(le)突出(chu)(chu)的(de)發(fa)(fa)(fa)展，各國著(zhu)名(ming)電氣廠商(shang)相繼不斷推出(chu)(chu)新的(de)交(jiao)流伺(si)(si)服(fu)(fu)電機(ji)和伺(si)(si)服(fu)(fu)驅(qu)動(dong)(dong)器系(xi)列產品。交(jiao)流伺(si)(si)服(fu)(fu)系(xi)統(tong)已(yi)成為當代高性(xing)能伺(si)(si)服(fu)(fu)系(xi)統(tong)的(de)主要發(fa)(fa)(fa)展方向，使(shi)(shi)直(zhi)流伺(si)(si)服(fu)(fu)系(xi)統(tong)面臨(lin)被淘(tao)汰的(de)危(wei)(wei)機(ji)。
永磁交流伺(si)服電動(dong)機同直(zhi)流伺(si)服電動(dong)機比較，主要優點有：
⑴無電刷和換向(xiang)器，運行更(geng)可靠，免(mian)維護*****。⑵定子繞(rao)組發(fa)熱大大減少。 ⑶慣量小，系(xi)統快速響(xiang)應性好。 ⑷高速(su)大力矩工作狀態好。 ⑸相同(tong)功率(lv)下體(ti)積小重(zhong)量輕。
永磁交流伺服系統的興起和現狀
自(zi)從德國MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部(bu)在(zai)(zai)1978年*****貿(mao)易博(bo)覽(lan)會上正式(shi)推出MAC永(yong)(yong)磁(ci)交(jiao)流(liu)伺服電機驅(qu)動(dong)系(xi)統開始，標(biao)志著新一代交(jiao)流(liu)伺服技(ji)術已(yi)經成熟。到(dao)1980年代中后期，各大公司都已(yi)有(you)了完(wan)整的系(xi)列產品，整個伺服裝置(zhi)市場都轉(zhuan)向了交(jiao)流(liu)系(xi)統。早期的模擬系(xi)統在(zai)(zai)諸如零漂、抗干擾、可靠(kao)性、精度(du)和柔(rou)性等方面存(cun)在(zai)(zai)不(bu)足，尚不(bu)能完(wan)全滿足運動(dong)控制(zhi)的要求，近(jin)年來隨著微處(chu)理(li)器、新型數字(zi)(zi)信號(hao)處(chu)理(li)器（DSP）的應用，出現(xian)了數字(zi)(zi)控制(zhi)系(xi)統，控制(zhi)部(bu)分可由軟件完(wan)成。到(dao)20世紀90年代以后，全數字(zi)(zi)正弦波控制(zhi)的永(yong)(yong)磁(ci)交(jiao)流(liu)伺服電機驅(qu)動(dong)系(xi)統在(zai)(zai)傳動(dong)領域中的地位進(jin)一步上升(sheng)。
目前(qian)高性(xing)能的電伺服(fu)系統(tong)大多(duo)(duo)采用永磁同步型交(jiao)流伺服(fu)電動(dong)機，控制驅動(dong)器多(duo)(duo)采用快(kuai)速、準確定位(wei)(wei)的全(quan)數字(zi)位(wei)(wei)置伺服(fu)系統(tong)。典型生產廠家如德國(guo)西門子、美(mei)國(guo)科爾摩根和(he)日本松下及安川等公司。
永磁交流伺服系統各主要生產商概況
日本安川電(dian)(dian)機(ji)制(zhi)作(zuo)所推出的(de)(de)小型(xing)交流伺服電(dian)(dian)動機(ji)和(he)(he)驅動器，其(qi)中D系(xi)(xi)列(lie)(lie)適用(yong)于數控(kong)機(ji)床(chuang)（最高轉速(su)(su)為1000r/min，力(li)矩為0.25～2.8N.m），R系(xi)(xi)列(lie)(lie)適用(yong)于機(ji)器人（最高轉速(su)(su)為3000r/min，力(li)矩為0.016～0.16N.m）。之后又推出M、F、S、H、C、G 六(liu)個系(xi)(xi)列(lie)(lie)。20世紀(ji)90年代先后推出了新(xin)的(de)(de)D系(xi)(xi)列(lie)(lie)和(he)(he)R系(xi)(xi)列(lie)(lie)。由(you)舊(jiu)系(xi)(xi)列(lie)(lie)矩形波驅動的(de)(de)8051單片機(ji)控(kong)制(zhi)，改為正弦(xian)波驅動的(de)(de)80C、154CPU和(he)(he)門陣列(lie)(lie)芯片控(kong)制(zhi)，力(li)矩波動由(you)24％降低到7％，并提高了可靠性。這樣，只用(yong)了幾年時間(jian)形成了八個系(xi)(xi)列(lie)(lie)（功(gong)率范(fan)圍為0.05～6kW）較(jiao)完(wan)整(zheng)的(de)(de)體系(xi)(xi)，滿足了工作(zuo)機(ji)械(xie)、搬運(yun)機(ji)構、焊接機(ji)械(xie)人、裝(zhuang)配(pei)機(ji)器人、電(dian)(dian)子部件(jian)、加(jia)工機(ji)械(xie)、印刷機(ji)、高速(su)(su)卷繞機(ji)、繞線機(ji)等方面的(de)(de)不同需求(qiu)。
以生產機床數(shu)控裝(zhuang)置而(er)著名的(de)日(ri)本法那克（Fanuc）公(gong)司，在20世紀80年(nian)代中(zhong)期也(ye)推出(chu)了S系(xi)列(lie)（13個規格(ge)）和L系(xi)列(lie)（5個規格(ge)）的(de)永磁交流伺服(fu)電動(dong)機。其中(zhong)L系(xi)列(lie)有較小的(de)轉動(dong)慣量和機械時間常(chang)數(shu)，適用于要(yao)求特別快速(su)響應的(de)位(wei)置伺服(fu)系(xi)統。
日本其他廠商(shang)，例如(ru)三(san)菱(ling)電(dian)動(dong)機（*****、HC-MFS、*****、HC-RFS和HC-UFS系列(lie)）、東芝精機（SM系列(lie)）、大隈鐵工所（BL系列(lie)）、三(san)洋(yang)電(dian)氣（BL系列(lie)）、立石電(dian)機（S系列(lie)）等眾(zhong)多廠商(shang)也進入了永磁交(jiao)流(liu)伺(si)服系統的競(jing)爭行列(lie)。 ［/p］［p=30， 2， left］ 德國力士樂公司（Rexroth）的Indramat分(fen)部的MAC系列(lie)交(jiao)流(liu)伺(si)服電(dian)動(dong)機共有7個機座號(hao)92個規格。
德國西門子（Siemens）公司(si)的(de)IFT5系列(lie)(lie)三相永磁交(jiao)流伺服(fu)電動(dong)機分為標準型和(he)短(duan)型兩(liang)大類，共8個(ge)機座號98種規格。據稱(cheng)該系列(lie)(lie)交(jiao)流伺服(fu)電動(dong)機與(yu)相同輸出(chu)力矩(ju)的(de)直流伺服(fu)電動(dong)機IHU系列(lie)(lie)相比，重量只有后者(zhe)的(de)1／2，配套的(de)晶體管脈寬調制驅動(dong)器6SC61系列(lie)(lie)，最多的(de)可供6個(ge)軸的(de)電動(dong)機控制。
德(de)國寶石（BOSCH）公司(si)生產鐵氧體永磁(ci)的SD系列（17個(ge)規(gui)格(ge)）和稀土(tu)永磁(ci)的SE系列（8個(ge)規(gui)格(ge)）交(jiao)流伺服電(dian)動機和Servodyn SM系列的驅動控制器。
美(mei)國著名的(de)伺服裝置(zhi)生(sheng)產(chan)公司Gettys曾一度作為Gould 電子(zi)公司一個(ge)分部（Motion Control Division），生(sheng)產(chan)M600系列的(de)交流伺服電動機(ji)和A600 系列的(de)伺服驅(qu)動器，后合(he)并到AEG，恢復(fu)Gettys名稱，并推出A700全(quan)數字化交流伺服系統。
美國AB（ALLEN-BRADLEY）公司驅動分部生產的(de)1326型(xing)鐵(tie)氧體永磁交流伺服電(dian)動機和1391型(xing)交流PWM伺服控制器，電(dian)機包括3個(ge)(ge)機座號共30個(ge)(ge)規格。
I.D.（Industrial Drives）是美國(guo)著(zhu)名的(de)科爾摩(mo)根（Kollmorgen）的(de)工業驅(qu)(qu)動(dong)分(fen)部，曾生產(chan)BR-210、BR-310、BR-510 三(san)個(ge)系(xi)列(lie)(lie)共41個(ge)規(gui)格(ge)的(de)無刷伺(si)服(fu)電動(dong)機和BDS3型(xing)伺(si)服(fu)驅(qu)(qu)動(dong)器(qi)(qi)。自1989年起推(tui)出(chu)了(le)全新系(xi)列(lie)(lie)設(she)計的(de)永磁交(jiao)流伺(si)服(fu)電動(dong)機（Goldline），包(bao)括B（小慣量）、M（中(zhong)慣量）和EB（防爆型(xing)）三(san)大類，有10、20、40、60、80五種機座(zuo)號，每大類有42個(ge)規(gui)格(ge)，全部采(cai)用(yong)釹鐵硼永磁材(cai)料，力矩(ju)范圍為(wei)0.84～111.2N.m，功(gong)率(lv)范圍為(wei)0.54～15.7kW。配套驅(qu)(qu)動(dong)器(qi)(qi)有BDS4（模擬型(xing)）、BDS5（數字(zi)型(xing)、含(han)位置(zhi)控(kong)制(zhi)）和Smart Drive（數字(zi)型(xing)）三(san)個(ge)系(xi)列(lie)(lie)，最大連(lian)續電流55A。Goldline系(xi)列(lie)(lie)代表了(le)當代永磁交(jiao)流伺(si)服(fu)技術最新水平。
愛(ai)爾(er)蘭的(de)Inland原(yuan)為(wei)Kollmorgen在國外的(de)一個(ge)分部(bu)，現合并到AEG，以生產(chan)直流伺服(fu)電(dian)動(dong)機、直流力矩電(dian)動(dong)機和伺服(fu)放大器而聞名。生產(chan)BHT1100、2200、3300三種機座(zuo)號共17種規格的(de)SmCo永磁(ci)交流伺服(fu)電(dian)動(dong)機和八種控制(zhi)器。
法國Alsthom集團在巴黎(li)的Parvex工(gong)廠生(sheng)產LC系(xi)列(lie)（長型(xing)(xing)）和(he)GC系(xi)列(lie)（短型(xing)(xing)）交流伺(si)服電(dian)動機共14個規格(ge)，并生(sheng)產AXODYN系(xi)列(lie)驅動器。
前蘇(su)聯為數控(kong)機床和機器(qi)人伺(si)服控(kong)制開發了兩(liang)個(ge)系(xi)列的交(jiao)流伺(si)服電動(dong)機。其中ДBy系(xi)列采用(yong)鐵(tie)氧(yang)體永磁(ci)，有兩(liang)個(ge)機座號，每個(ge)機座號有3種(zhong)鐵(tie)心長(chang)度，各有兩(liang)種(zhong)繞組(zu)數據，共12個(ge)規格，連續力矩(ju)范(fan)圍為7～35N.m。2ДBy系(xi)列采用(yong)稀土永磁(ci)，6個(ge)機座號17個(ge)規格，力矩(ju)范(fan)圍為0.1～170N.m，配套的是(shi)3ДБ型控(kong)制器(qi)。
近年日本松下公司推(tui)出(chu)的全數字型MINAS系(xi)列交流(liu)伺服系(xi)統(tong)，其中(zhong)永磁交流(liu)伺服電動(dong)機(ji)有(you)(you)(you)MSMA系(xi)列小慣(guan)量(liang)型，功率(lv)從(cong)0.03～5kW，共18種(zhong)規(gui)格(ge)；中(zhong)慣(guan)量(liang)型有(you)(you)(you)MDMA、MGMA、MFMA三個系(xi)列，功率(lv)從(cong)0.75～4.5kW，共23種(zhong)規(gui)格(ge)，MHMA系(xi)列大慣(guan)量(liang)電動(dong)機(ji)的功率(lv)范圍從(cong)0.5～5kW，有(you)(you)(you)7種(zhong)規(gui)格(ge)。
韓國(guo)三(san)星(xing)公司近年開發的(de)全數字永磁交流伺服電(dian)動(dong)機及驅(qu)動(dong)系(xi)統，其中FAGA交流伺服電(dian)動(dong)機系(xi)列有CSM、CSMG、CSMZ、CSMD、CSMF、CSMS、CSMH、CSMN、CSMX多(duo)種型(xing)號(hao)，功率從15W～5kW。
現在(zai)常采(cai)用功率變化率（Powerrate）這(zhe)一(yi)綜合指(zhi)標作為(wei)伺服電(dian)動(dong)(dong)機的品質因數(shu)，衡量(liang)對比各(ge)種交(jiao)直流伺服電(dian)動(dong)(dong)機和步進(jin)電(dian)動(dong)(dong)機的動(dong)(dong)態(tai)響應(ying)性能。功率變化率表示(shi)電(dian)動(dong)(dong)機連續（額定）力矩與轉子轉動(dong)(dong)慣(guan)量(liang)之比。
按功率(lv)變化率(lv)進(jin)行計算分析可(ke)知，永磁交流伺(si)服電動(dong)機技(ji)術(shu)指標以美國I.D 的Goldline系列為最佳，德(de)國Siemens的IFT5系列次之。
什么叫做“精密傳動微特電機”？
“精密傳動(dong)微特電機(ji)”能夠(gou)在系統中快(kuai)速而(er)正確地執行頻繁變化的指令(ling)，帶(dai)動(dong)伺服機(ji)構完成指令(ling)所期望的工作，大多能夠(gou)滿足以下(xia)要求：
1、 能頻繁啟動、停(ting)止、制(zhi)動、反(fan)轉及低速(su)運行，且機械(xie)強度高、耐熱等級(ji)高、絕緣等級(ji)高。
2、 快(kuai)速相應能力好，轉(zhuan)矩較(jiao)大(da)，轉(zhuan)動慣量(liang)小(xiao)，時間(jian)常數小(xiao)。
3、 帶(dai)有(you)驅動器和控(kong)制器（如伺服(fu)電(dian)機(ji)、步進電(dian)機(ji)），控(kong)制性能(neng)良好(hao)。4、 高(gao)可靠(kao)性，高(gao)精度。
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